BIM技術應用在市政道路設計中的優勢及阻力

李展杰

引言

BIM（Building information modeling/Building information model）是指建筑信息建模/建筑信息模型，根據建設項目的相關信息資料，建立了建筑模型，并通過數字信息仿真技術對建筑物的真實信息進行模擬。它具有可視化、協調、仿真、優化和映射五大特點。在今天的工程BIM應用中，它不再局限于建筑工程本身，而是將BIM技術應用到市政道路工程中。

1 BIM理念概述

BIM最初的含義是表示通過三維數字化，建立了建設項目的所有相關信息模型，現在則作為一種理念引申至其他工程應用上。

BIM是一種設計理念，Revit只是應用BIM技術的一個軟件。實際上采用這個理念的軟件有很多，比如用于高端機械設計的達索、CATIA、Bentley的多個產品、Graphisoft的ArchiCAD等。雖然該軟件沒有明確強調這個術語，但它是基于BIM概念的。事實上，特別是在市政道路設計方面，用當今的Revit各系列軟件去做都不合適的。

2 BIM應用與市政道路設計的優勢

（1）明確表達設計意圖

傳統的二維設計方式由于復雜的三維平面化成二維空間，因此不可避免地造成一些數據的丟失，使得設計成果不能明確設計意圖，甚至出現多意性理解。

BIM的設計結果是一個三維數字化信息模型，它應該是項目完成后的外觀，從而真實地表達設計意圖。并且子模型和屬性劃分得越細，設計意圖就表達的越充分和唯一。此外，BIM工具的一個特點是很容易設計自定義參數組件，因此可以描述非常復雜的問題。

這個問題在更復雜的項目中更為突出，正是由于這個原因，先進的高端機械制造業和建筑業早就研究了這個問題，并采用了類似的解決方案。以前道路工程對于三維空間的復雜性比較低，而且各個項目之間的相似度很大，所以業主、設計、施工、監理方都可以依靠經驗來理解。但隨著社會的發展，城市范圍內的工程越來越復雜，他們也更能反映設計院的核心價值，將有越來越多的創新工程，給水排水工程出現了更為復雜的結構，傳統的二維設計方法就達不到效果了。

（2）強大的分析和模擬能力

這是BIM的一個重要優勢，因為設計階段可以直觀地看到項目完成后的外觀，可以在此基礎上進行演示和調整。對于設計師來說，問題可以及時找到。對于主人，心理上的期望偏差也可以及時了解，以便在出始階段消除問題。在傳統的二維設計模型中，復雜工程的三維建模往往需要明確表達設計意圖，這一過程是人工成本和實時性的差異，需要進行調整。在BIM模式下，設計結果包括三維模型，設計調整同時自動調整三維模型。

此外由于BIM模型包含了豐富的信息，可以提供專業的仿真分析和數據支持的盡可能準確的結論，使項目的論證和施工交底變得有效。

（3）精確計算工程量

在傳統的設計模式中，道路工程量的計算采用橫斷面法計算，如道路土方量、路面工程量等，地形起伏較大或平面較為復雜時誤差較大。管道工程井身結構的工程量主要以標準圖和經驗估算為基礎，誤差較大。但在BIM設計模式中，因為每個子模型的精確的幾何和屬性數據，并能得到精確的體積、面積、長度、數量，可根據土方量計算精度之間的路基表面和自然地形表面的設計，甚至可以在一個專業的計算工具輔助下獲得精確的模板量等，這些計算是自動的，不需要手動輸入。

（4）提高協同能力

由于目前市政工程項目規模越來越大，設計難度越來越高，設計內容越來越精細，幾個人完成一個項目就不太可能了，這就需要更多的專業人員緊密地結合在一起。這種協作不僅存在于不同的專業之間，同一專業內部也需要，這就需要使用設計工具進行協作，這正是BIM擅長的。

在傳統的二維設計模式中，不同設計師之間的協作主要是通過圖層復制粘貼來實現的，也有部分院建立了協同設計系統，但大多數使用的方式更類似于上述方式，只需將您的圖形或文件存儲在服務器上并進行訪問控制。這種方法通常只解決較低層次的協同作用，更精細的協同就達不到了。例如，分配道路的每邊坡度，每個平交道口，每個立交橋都要分配給不同的人去做。在傳統的二維模型中，這些高耦合并行的工作往往是很難工作的，因為平面圖作為主要的設計結果，是由許多相互關聯的線和詞組成的，只是把所有人的工作成果合起來就是非常困難和容易出現錯誤的。

在BIM解決方案中，這個問題得到了解決。由于基于BIM的設計過程可以被認為是信息模型的建立過程，這種模式有很多的子模型，（如Revit的族）組成，這些子模型內高內聚、低耦合關系，并且模型之間的耦合是明確的（即某些子模型會影響到哪些子模型是明確的），所以很容易合并，并且能立即發現沖突。由于子模型之間的低耦合性，可以分配給不同的人來設計，從而實現協同。

除了在設計單位內部進行協調，BIM還可以實現不同社會部門之間的巨大協同作用，從而達到最佳的綜合社會效益。

3 BIM在鴻業市政軟件中的應用

3.1 設計過程即3D信息模型搭建過程

在路立得中，道路模型又細分為幾個種子模型，有的是子模型，又是由較細的子模型組成，如橋梁建筑物，由主梁、蓋梁、墩、系梁、承臺、樁等十多種子模型組成。設計結果詳細介紹了各邊坡，每個橋墩都是不同的子模型。在設計過程中，對這些子模型進行了設計和構造，并且可以隨時調整參數。

3.2 符合國內習慣

國外BIM軟件在國內使用的阻力首先就是設計習慣不同，路立得完美地融入到傳統的設計模式中，把大多數造型操作轉化為設計過程，特別是對于簡單的項目，設計過程與傳統完全相同。國外BIM軟件在國內使用的另一大阻力是不能夠提供符合國內習慣的出圖，路立得充分考慮了這個問題，提供完全符合國內習慣的平面圖、縱斷設計圖、道路地圖、高程數據圖、超寬圖，斷面圖等，以及各種標志和各種表類。

3.3 協同支持

由于BIM概念的實現，軟件中充分考慮了協同處理，一方面是同一軟件中不同設計者之間的協作，另一方面它與其他軟件協同工作。

在軟件中，不同的設計者可以同時設計不同的子模型，最后通過數據文件或導入來合并模型。目前，數據庫存儲和協同工作也已經開始，基于離線和在線模式的協同設計方法將被提供。

在和其他軟件協同方面，目前主要通過LandXML和FBX、SKP、DWG 等數據文件進行，可以和 Autodesk Civil3D、InfraWorks、3dMax，以及Google Skyetchup等軟件交換信息和模型數據。和其他軟件的協同性更充分，如路立得軟件，可以直接從路立得模型中得到每一個管道，每一個良好的道路板塊位置和高程數據，最終的設計模式也可以結合。

4 BIM應用的阻力

（1）設計理念的轉變

BIM在一方面意味著設計工具需要更改應用程序，這意味著個人的軟件的優勢喪失，需要重新學習，所以會有一些阻力。但更重要的是，BIM的應用意味著設計理念需要更新，這是一個2D到3D的思維過程的跳躍，比原來的計算機地圖轉換還讓人更難以接受，對設計師來說是一個痛苦的過程。加上BIM軟件比二維軟件更復雜、更難掌握，產生抵觸心理這是不可避免的。

（2）將增加現階段普通項目的工作量。

現階段對于大多數普通市政道路工程，或對傳統二維模型設計結果的要求，再加上設計者對傳統二維設計模式的熟悉，已形成模式化，這樣就可以輕松完成設計。然而，在BIM模式中，由于信息較為完善，所需輸入的數據較多，而且BIM設計的隨機性很低，因此有必要做更多的工作。此外，還必須提供符合規范的二維圖形設計結果。在完成BIM模式設計后，需要增加二維輸出步驟，增加工作量。

（3）社會動力不足。

目前，市政道路工程的BIM應用是從業主和施工方進行的，動力很小，基本上只是設計院在推，所以動力不足。對于承包商來說，在較長時期內不會有太大動力（除非工程總承包普及），因為設計變更的缺陷也是造成收入的主要來源之一，在這種情況下，他們采用BIM會大大減少。然而，市政道路工程的業主通常是政府。他們雖然行為保守，但很容易受到專家、學者等社會力量的影響，具有突發性決策和決定性影響的可能。

（4）缺乏標準

BIM在市政工業中的應用剛剛起步。規格尚未制定。這使得它很難做到這一點，并除去需要增加工作量，導致在這個過程中丟失了一些精確的數據。另一方面，BIM不是一個軟件問題，需要多個專業軟件的合作。缺乏標準會導致數據共享困難，無法反映BIM的優點。

5 結語

中國的城市建設仍處于一個快速發展的階段，它仍然是一個短平快的道路。精工慢活的創造性項目占比重還比較小，所以在表面上看BIM的需求并不迫切。然而，隨著城市的發展，從數量到質量，工程基數量越來越大，項目質量越來越高，對BIM的需求也越來越大。BIM是一個飛躍，設計理念正在引發工程設計領域的另一場革命，同時也會有一些阻力，但設計到BIM是必然的趨勢，相關方要抓住機遇。

[1]趙杰.淺談市政道路設計中BIM技術應用的優勢及阻力[J].通訊世界，2017（13）：143～144.

[2]卞春霞.談市政道路設計中BIM技術的應用原則[J].通訊世界，2017（07）：214～215.

[3]張保國，毛國圈.市政道路設計中BIM技術應用的策略[J].中國建筑企業管理，2015（22）：54～55.